日本原子能用保温隔热材料现状.pdf

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1、舷髂 禾 j 甬 、I 牵 日本原子能用保温隔热材料现状、前言 自日本 的商业性原子反应堆 自昭和 4 1 年(1 9 6 6年)7月在 日本 原 子能 发 电(株)的东海发 电所(1 6 6万 KW)开始 营运以来，现已有 3 9 个原子能电站，输出 功率为 3 1 3 8 万 Kw，占全 日本发电设备 中输出功率 的 2 7 2 当初大部份是从美 国通用电气公司技术引进的轻水减速冷却 沸水反应堆(B WR)和西屋公司的轻水减 速冷却加压水冷却反应堆(P WR)而现 在，成 套设 备 的国产 化率 已基本 达 到 1 0 0，可 以说 日本 式 的原 子反应 堆 已完 全能生产 了另一方 面

2、，原子 能用 隔热材 料也与上述一样，日本也摆脱了美国通用 电气公司、西屋公司的说明书为标准的初 期阶段。确立了 日本 式的原子 能用隔热体 系本文将 叙述 日本的原子 能用隔热材料 的现状 二、原子能用保温材料的特殊性 原子能发电与火力发电一样，也是以 水作热介质、产生蒸汽、转动涡轮机叶 片，并使与涡轮机直接连接的发电机发 电所不同的是使热水沸腾的装置，火力 发电时是用锅炉，而原子能发 电时是用原 子反应堆 在原子反应堆 内，伴 随着核裂 变产生热和放射线作为原子能用保温材 料是 要求 考 虑到 这 种放 射 线 的材 料和 结 构而且组成成套设备 的机器和 配管都应 采用奥氏体不锈钢制作为

3、此，就 自然而 然地要求对应力腐蚀开裂有相应 的措施 1 放射线的对策 各个机器和配管的焊接部位是使用期 间要检查的对象，在定时检查时要求能拆 卸在这些部位上的保温材料为了使操作 者少受放 射线的照射，这类保 温材料必须 是容易在短时 间内拆卸 的而且，希望要 拆卸的保温材料 是用不会产生尘埃 的不锈 一2 2一 钢板等完 全包裹 的由于保温材料 的尘埃 为悬浮状 粉尘，是 内部受过辐射 的和放射 性物质扩 散 的，因此，可拆卸 的保温材料 不用说，就是固定部份的材料也必须选用 难以产生尘埃的那类保温材料 2 应力腐蚀开裂的对策 引 起 奥 氏体 不 锈钢 应力 腐 蚀 开 裂(s cc)已是

4、众 所周 知 的事 情 但 这究 竟 在什么样 的状 态下发生的呢?为此，下面 简要说明原子能用保温材料要求有什么样 的质量和性能 图 l 应力腐蚀开裂(s c c)的三要素 应力腐蚀开裂的三要素(见图 1)a 应力：原材料的残余应力、焊接等 加工时的残余应力以及运行时的应力 b 环境：可溶性卤素的存在，运行温 度(高温)c 材料：不锈钢中的奥氏体系，焊接 后 的热处理条件的影响 如图 1 所示，三个要素的重叠部份被 认为是容易产生应力腐蚀开裂的因此，在设计上，考虑使三要素不重叠就很重 要 保 温材料的对策 对于三要 素 中的保 温材料而言，作 为 其对策应考虑减少可溶性卤素 一 v 维普资讯

5、 http:/ 在管理手册 1 3 6(美 国原子能委员 会)中，将保温材料 中的可溶性 卤素符合 图 2所示 的容许 范围作 为义务 而且必须 用保温材料对 S US 3 0 4制 U 条形试验片进 行应力腐蚀开裂试验以确认其不开裂性 作为应力腐蚀开裂对策的以上两栏 目正在 制定之中。但是，这不是说这些保温材料 绝对不会引起应力腐蚀开裂，而是说发生 的可能性很少因此，尽量限制保温材料 中的可溶性卤素的产生是极重要的 国 2可痞 主，、t-0窖 荔圄 图 2 可溶性 卤索的容许范围 三、原子能用材料的现状 1 现在主要的保温材料 金属保温材料、金属被复保 温材料 金属保温 可折卸保温材料的代表

6、 所谓金属保温材料是将模压加工成特 殊形状的不锈钢箔或铝箔层压人不锈钢制 的外壳内，使之形成很多小的空气室，从 而减少了热传导，抑制了热对流并且使用 箔也使辐射热下降时保温材料用岩棉取 代其 中的金属箔的保温材料也是一种金属 被覆保温材料(日本-手7工(株)生产 的商品名称为 Nu MG毡)这类保温材料有下列特点：a 由于是 与螺 丝扣结合，能容 易地在 短时间内拆卸，b 由于不产生粉尘，故不用担心其 内 部遭受辐射、放射性物质的扩散 c 机械强度高，有可能半永久使用 作为其主要用途，下列设备可作为保 温隔热对象 原子反 应堆容器，涡轮机、泵、阀和 其它在使用期间要检查的对象或场所 硅酸钙系保

7、温材料 固定保温材料的代表 硅酸钙系保温材料 自昭和 2 6年(1 9 5 1 年)在本公司商品化以来，现在仍是使用 最多 的保 温材料 作 为原子 能保温材料而 言，J I S 2号制 品硅酸钙石 系保温材料用得 较多(日本-手7工公司的商品名称为：T#NU4 6 0 0、4 6 0 1 NU 硅 轻 质 板、套)然而，近期又开发 出具有热稳定性金 蛭石结晶的超轻质而耐热温度为 1 0 0 0 E的 制品(J I S 1 号制品，本公司的商品名称为 丁#NU4 8 5 0、4 8 5 1 NU 超 级 硅1 0 0型 板、套)。图 3示 出了 U 超级硅 1 0 0 0 0 型 的导热系 数

8、 这类 制 品与以前 的相 比，具有重量轻、导热系数低并能改善其搬运 等施工性能的优点 3 N U 一，一 三 U力 O e 0 0 蕊 蠢 耋 一。-m _工 l ；l 1 专 图 3 Nu超级硅 1 0 0 0 型的导热系数 聚胺酯型隔热材料 一23 维普资讯 http:/ 防结露用 空调用管道、配管、给排水管路要用 防结露用隔热材料作为防结露用隔热材 料，选用哪一种材料比较好，基本上取决 于水蒸汽的迁移和凝结条件这样说的意 思是要尽量避免水份进入隔热材料内设 置适 当的 防潮层是必不可少 的 以前，可 以使用玻璃棉和岩棉保温材料但是，这 类纤维质保温材料存在着强度低，防潮层 易被损坏的缺

9、点最近，事先与防潮材料 一体化成型的聚胺酯系列制品已商品化，正在用这类隔热材料取代 再者吊钩和 U形螺栓式支承件的金 属贯穿隔热层部份会产生结露，发生了水 滴弄湿地面的事例这就成了高洁度管理 原子能电站的大问题最近，为了解决这 一问题正在使用刚开发的高密度、高强度 聚胺酯系支承件 一般讲，隔热材料 由于其 重量轻而其 机械强度都差，但这种聚胺酯支承件的抗 压强度高达 1 3 5 k g c m 以上而且隔热 性能优良，作为防止结露兼强度部件是十 分耐用 的制品 2 作特殊用途使用的保温 隔热材料 1)射 线屏蔽保温材料 在金 属保温材料和金属被复 保温材料 外壳的内壁(配管内侧)装上铅板而形成

10、 兼有 隔热和屏蔽 射 线两种功能 的保温材 料，其基本结构如图4 所示 屏蔽 射线 的保温材料与金属保 温材 料一样，也可以制作成适合于直管、弯 温材料最适合于放射剂量高，在定期检查 和维修作业时，操作人员接近可能性大的 配管和机器部件等的保温 国 4 7 撩善i 矗 l 景 盘材 茎奉 霉 遘 图 4 y 射线屏蔽保温材料的基本结构 2)中子屏蔽保温材料 已开发成的中子屏蔽保温材料是高速 中子减速所必需的单位体积含氢量高在 3 0 0 高温下仍稳定的含氢材料已减速的 中子为含有 B c的中子屏蔽保温材料所吸 收 另外，一 般 隔热 材料 的容 重 大到 0 3 g c r n 时，其 导热

11、 系数 就很 大，而这 种中子屏蔽材料 的容重超过 0 1 5 g c m 时，其导热系数基本上保持不变 表 l 示出了这种中子屏蔽保温材料的 头、阀门、机器等各种各样形状这种保 性能 性 能 最高使用温度()5 o o 密 度(g 锄 )0 5 0 7 氢含量(3 o o)(g 锄 )0 o o 6 5 3 0 o o 9 l 4 导热系数(2 o o。)(K(l m h t)0 O 4 5 0 O 6 0 耐放射线性(1 7 1 0 NV T)无异常(El Mo v)耐久性 有 应力腐蚀开裂 尢 一2 4 维普资讯 http:/ 3)超微粒隔热材料 超 微 粒 隔 热材 料 是 由超 微

12、粒二 氧化 硅、陶瓷纤维和失透剂构成的微缬多孔结 构材料，它所具有的优点是：固体的热传 导小，难 以发 生对流，而且 由于存在着 空 气的平均 自由行 程 比较小 的空 隙，而没有 气体分子碰撞产生的热迁移等在现在市 售 的保温 材 料 中其 导热 系数是 极 低 的 (0，l 8 KCa l m ht)在原子能发电站内，在配管和限制支 承件之间等，一般不能采用通常保温厚度 的狭窄保温材料最近，本公司对用作核 聚变实验装置(J T-6 0)的真空容器的主 体部份的隔热工程进行设计和施工 4)弯头用成型岩棉保温材料 将硅 酸钙保 温材 料 用于 弯头施 工时，要烽其切割加 工成长方形在现场组装

13、成弯 头 的外壳形状。用这种制作方法 的缺 点会 产生很多切 肖 4 屑，且费时，接缝多，熬损 耗大 为 了弥补这些不足 之处，已开发 出 弯头预成型岩棉保温材料(本公司的商品 名称 NU MG弯头套)NU MG弯头套是由两块匹配的预成 型套筒构成 的，可缩短施工时 间，也不会 产生切削屑，由于接缝少，热损耗少纤 维质保温材料能随热膨胀、收缩而能吸收 弯头的形变等，作为原子能用保温材料可 发挥其优良的效能图 5为 NU G M 弯头 套的施工 图 图 5 NU MG 头套施工 图 四、结束语 最近对地球变暖、酸雨等地球环境公 害 问题引起 了社会 的关注 在对地球环境 产生较少影 响的能源方面，对原子能寄予 很 大 的期望 在今后 的 2 0年 问，1 3 0万 KW 级 原 子 能发 电站 日本 就需 要 2 0个。在这种社会情 况的条件下，从 保温隔热材 料制造厂商的立场出发，在进一步提高保 温隔热材料制品质量的同时，要努力开发 安全性好的、通过省力施工来缩短工期的 那 种保温隔热材料，为今后原子 能的开发 和利用作出一份贡献 亦云译 自日 配管 装置 1 9 9 1 年 2 期 注：文 中 本公 司 为 日本 二于7叉 (株)加快改革开放步伐 一2 5 维普资讯 http:/